1.一種鉍/炭超級電容電池,其特征在于,鉍電極提供法拉第電容,炭電極提供雙電層電容,堿溶液作為電解液,構造該超級電容電池時,采用鉍電極為電容量限制電極,炭電極的電容量比鉍電極的電容量過剩0~30%。
2.根據權利要求1所述的鉍/炭超級電容電池,其特征在于:所述的炭電極,所采用的炭材料為活性炭、石墨化碳、或者石墨烯材料,其元素組成按質量百分比計為:碳元素60~95%、氧元素0.01~25%、氫元素0.05~5%、氮元素0~15%;炭材料的粒徑為0.05~3μm、比表面積為500~3000m2/g。
3.根據權利要求1所述的鉍/炭超級電容電池,其特征在于,鉍電極材料由粒徑為0.005~5μm的金屬鉍粉末材料構成,其比表面積為5~500m2/g。
4.根據權利要求1、2或3所述的鉍/炭超級電容電池,其特征在于,鉍電極材料的制備方法包括如下步驟:
(1)將可溶性的鉍原料溶于溶劑中,將其配制成鉍離子濃度為0.01~5mol/L的溶液;或者將不溶性的鉍原料溶于酸中,配制成鉍離子濃度為0.01~5mol/L的溶液;
(2)將還原劑溶解于溶劑中配制成濃度為0.1~16mol/L還原劑溶液;
(3)按助劑與鉍離子(0~10):1的摩爾比,將助劑加入到鉍離子溶液中,充分混合;
(4)在溫度為0~100℃和攪拌條件下,按還原劑與鉍離子的摩爾比為(1~100):1將還原劑溶液滴加到含助劑的鉍離子溶液中,滴加完成后繼續攪拌反應1~360min后,將產物分別用水和乙醇洗滌,并進行固液分離,將固體物在30~100℃的真空干燥箱中烘干6~36h至恒重制備出鉍粉末,即鉍電極材料。
5.根據權利要求4所述的鉍/炭超級電容電池,其特征在于,所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、三乙醇胺、四甘醇、二甲基甲酰胺中一種或兩種以上;所述的酸溶液為鹽酸、硫酸、醋酸或硝酸,其濃度為0.1~5mol/L。
6.根據權利要求4所述的鉍/炭超級電容電池,其特征在于,所述的鉍原料,包括金屬鉍、氧化鉍、氫氧化鉍、碳酸鉍、堿式碳酸鉍、硫酸氧鉍、硝酸氧鉍、硫酸鉍、硝酸鉍、鹵化鉍、乙酸鉍、檸檬酸鉍中的一種或兩種以上。
7.根據權利要求4所述的鉍/炭超級電容電池,其特征在于,所述的還原劑為硼氫化鈉、硼氫化鉀、次亞磷酸鈉、烷基胺硼烷、水合肼、脂肪醛、芳香醛中的一種或兩種以上。
8.根據權利要求4所述的鉍/炭超級電容電池,其特征在于,所述的助劑為聚乙二醇、乙二醇、丙三醇、三乙醇胺、檸檬酸、抗壞血酸、酒石酸、油酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或兩種以上。
9.權利要求1至8任一項所述的鉍/炭超級電容電池的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
(1)鉍電極和炭電極的制備
將粘結劑溶于N-甲基吡咯烷酮中,配成0.02~1g/ml的溶液,再將鉍或炭材料、導電劑加入到粘結劑溶液中,攪拌均勻至膏狀,涂覆在集流體上,再將其在80~150℃的干燥箱中烘干5~36h,經輥壓后裁成電極片,即得到鉍電極或炭電極,所述鉍或炭材料、導電劑及粘結劑滿足如下質量百分比:鉍或炭材料70~95%、導電劑3~15%、粘結劑2~15%;
(2)鉍/炭超級電容電池的組裝
將步驟(1)中得到的電極片按鉍電極片、隔膜、炭電極片依次放入超級電容電池模具中構造成二電極的三明治結構,滴加電解液后將超級電容電池模具緊固密封,即組裝成超級電容電池;構造該超級電容電池時,炭電極的電容量比鉍電極的電容量過剩0~30%。
10.根據權利要求9所述的鉍/炭超級電容電池的制備方法,其特征在于,所述的導電劑為導電炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯中的一種或兩種以上;所述的粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉或丁苯橡膠中的一種或兩種以上;所述的集流體為多孔網狀、箔狀或織物狀的高電子導電率材料,涉及到泡沫鎳、鎳箔或鎳網、銅網或銅箔、不銹鋼網、不銹鋼沖孔鋼帶或不銹鋼箔、鈦箔或鈦網、鉛箔或鉛布、石墨化碳布或石墨烯布材料中的一種或兩種以上;所述的電解液為一種或兩種以上堿金屬氫氧化物的水溶液,其濃度為1~8mol/L;所述的隔膜為接枝聚丙烯無紡布、接枝PP微孔膜、玻璃纖維紙、尼龍無紡布、聚乙烯醇膜、石棉紙中的一種或兩種以上。